Внутри Земли обнаружили скрытый источник воды
Вода делает возможной жизнь на Земле. Она также обеспечивает сверхмедленное движение мантии, увлажняя горные породы настолько, чтобы они могли скользить друг относительно друга. Это важно для тектонического цикла, регулирующего климат в геологическом масштабе. Вода обеспечивает циркуляцию пород и летучих соединений в мантии.
Согласно одной гипотезе, воду принесли астероиды, и она оставалась жидкой с момента формирования планеты. Либо вода появилась позже и увлажнила ранее сухую мантию. Где именно она находится в мантии, до недавнего времени было неясно.
Вода внутри Земли
Новое исследование в Nature Geoscience показывает: вода, скорее всего, находится вблизи границы между мантией и жидким внешним ядром, где сейсмические исследования выявляют «зоны сверхнизких скоростей». Нижняя мантия простирается на глубину от 660 до 2900 км. Считается, что распространенные там минералы (бриджманит, ферропериклаз) практически не содержат воды. Другие минералы могут удерживать воду, но для стабильности им нужен необычный состав или они разрушаются при высоких температурах. Поэтому исследователи искали другие варианты.
С помощью ячеек с алмазными наковальнями с лазерным нагревом ученые воссоздали высокие температуры и давление. В этих условиях они обнаружили два ранее неизвестных оксигидроксида железа (Fe5O12Hx и Fe7O12Hx), способных связывать огромное количество воды. Эти фазы стабильны в условиях глубинной мантии, но эксперименты не доказывают напрямую их присутствие внутри Земли.
Почему это важно
По мнению ученых, выявление оксигидроксидов железа важно, поскольку они представляют собой стабильные, плотные фазы, которые захватывают и удерживают воду в широком диапазоне условий в нижней части мантии. Эти минералы образовались даже при недостатке воды: в некоторых экспериментах исходный материал содержал менее 0,1% воды, но этого хватило для стабилизации новых фаз.
Недра Земли — не гигантский подземный океан; вся вода там должна быть связана в минералах. Новые минералы стабильны в экстремальных условиях и значительно плотнее окружающих пород. Это значит, что при кристаллизации первичного базальтового магматического океана они могли образоваться и опуститься к границе ядра и мантии.
Круговорот воды
Скрытая в недрах вода не обязательно останется скрытой. При подъеме водосодержащего материала в результате мантийной циркуляции давление падает, минералы дестабилизируются и высвобождают воду. Часть ее может вернуться на поверхность через мантийные плюмы и вулканическую активность. Ранее выяснилось, почему ядро Земли моложе земной коры.
Открытие проливает свет на прежнюю загадку: минерал «H-фаза», наблюдавшийся в экспериментах с высоким давлением, по-видимому, соответствует одному из новых оксигидроксидов. Исследователи предполагают, что в более ранних экспериментах фаза могла образоваться из-за загрязнения водородом от следов влаги, а не быть новым сухим минералом. «По всей видимости, даже очень небольшого количества водорода достаточно, чтобы стабилизировать эти сильно гидратированные соединения железа», — отмечает Леонид Дубровинский из Байройтского университета.
Впрочем, многие вопросы пока остаются без ответа. Нужно выяснить, сколько именно воды содержится в этих минералах, что происходит с ними у границы ядра и мантии, как легко и быстро вода возвращается на поверхность. Тем не менее открытие позволяет предположить, что круговорот воды на Земле может распространяться вплоть до границы ядра. Однако минералы прорывают завесу тайны над тем, как Земля получила и сохранила воду.
